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[국내논문] 『막 증발(Membrane Distillation, MD)과 압력지연삼투(Pressure Retarded Osmosis, PRO) 기술』을 활용한 차세대 하이브리드 해수담수화 기술 소개 원문보기

물과 미래 : 한국수자원학회지 = Water for future, v.51 no.4, 2018년, pp.59 - 65  

박태신 (GS건설) ,  여인호 (GS건설) ,  최준석 (한국건설기술연구, 과학기술연합대학원대학교)

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문제 정의

  • 본 연구에서는 해수담수화 플랜트에서 해양으로 배출되는 고농도의 농축수와 기존 하수처리장에서 해양 혹은 하천으로 배출되는 하수처리방류수를 염도차에너지 생산을 위한 PRO 공정의 유도용액과 원수로 사용하였으며, 최적의 고효율 염도차 에너지 생산 및 회수 공정 기술 개발과 실증에 성공하였다. SWRO-PRO 하이브리드 해수담수화 시스템에서 PRO의 유도용액을 SWRO 해수담수화 플랜트 농축수로 사용할 경우, 해수를 사용하는 경우보다 2배 이상의 에너지 밀도를 생산할 수 있다.
  • 안정적인 PRO 공정의 운영 및 에너지 생산에 필요한 핵심공정 요소기술로서 PRO 전처리공정, PRO 전용막 제조 기술, 막 성능평가, 막 파울링 제어, 공정최적화 기술 및 설계/운영 기법을 개발하였다. 본 연구에서는 세계 최대 규모 및 최고효율의 SWRO-PRO 하이브리드 해수담수화 실증파일럿의 설계, 구축, 운영을 수행하였으며, 대규모 실플랜트 건설에 필요한 핵심 설계 및 운영기술 확보를 위해 현재까지 안정적으로 실증파일럿플랜트를 운전 중에 있다.
  • 본 연구에서는 기존 역삼투 공정과 막 증발법 공정을 연계하여 해수담수화 공정에서 발생하는 농축수를 저감하는 새로운 개념의 복합탈염 플랜트 기술을 개발하고자 하며, 이를 위하여 세계 최대 규모인 400 ㎥/일 규모의 막 증발법 공정을 개발하고자 한다.
  • 본 연구에서는 기존 역삼투 공정에서 발생하는 농축수를 30% 절감하는 것을 연구목표로 하고 있으며, 이를 위해서 세계 최대 규모인 400 ㎥/일규모의 막 증발법 공정과 1,000 ㎥/일 규모의 복합탈염플랜트를 구축하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
압력지연삼투 공정의 특징은 무엇인가? 압력지연삼투(PRO)은 고농도 용액에 삼투압 이하의 압력조건을 유지하면서, 반투막을 투과하여 이동해온 용액의 압력에너지를 회수하는 기술이다. PRO공정은 기존 역삼투법 해수담수화(Seawater Reverse Osmosis, SWRO)에 소모되는 전력비 절감을 위하여 해수담수화 플랜트에서 배출되는 고염도 농축수(50,000˜80,000 mg/L,TDS)와 하수처리장 방류수(500˜1,000 mg/L,TDS)를 PRO시스템의 유도용액(draw solution)과 유입수(feed water)로 각각 활용하고, PRO 전용 막모듈을 통해 두 용액간의 삼투압(염도차)에너지를 회수하는 기술이다. PRO기술을 기존 역삼투 해수담수화 공정에 접목시킨 SWRO-PRO 하이브리드 해수담수화 공정기술은 전체 해수담수화 전력소모량을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 농축수를 희석·방류함에 따라 해양생태계의 영향을 최소화 할 수 있다(그림 2).
삼투현상이란 무엇인가? 삼투현상은 물 분자가 저농도의 용액으로부터 고농도의 용액 방향으로 반투막을 통과하는 현상이고, 이때 대부분의 용존성 이온물질은 제외된다. 압력지연삼투(PRO)은 고농도 용액에 삼투압 이하의 압력조건을 유지하면서, 반투막을 투과하여 이동해온 용액의 압력에너지를 회수하는 기술이다.
해수담수화 기술의 현황은 무엇인가? 해수담수화 시장은 2014년 약 8조 규모로 성장하였으며, 2018년에는 약 15조까지 더욱 커질 것으로 예상되고 있다. 해수담수화 기술은 과거 열에너지를 이용한 증발법(Thermal Desalination Technology) 위주로 기술이 개발되어 왔으나, 2000년대 전후로 막(Membrane)을 이용한 역삼투법(Reverse Osmosis Desalination Technology)이 시장을 주도하고 있다. 그러나 증발법과 역삼투법 모두 담수를 생산하기 위하여 다른 수처리 공정보다 많은 에너지가 소요되는 단점을 가지고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 새로운 차세대 해수담수화 기술이 여러 분야에서 진행되고 있다.
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